(57)【要約】【課題】  待機時の消費電力を少なくし、充電当初に過大な充電電流が流れないようにする二次電池の充電制御方法を提案する。【解決手段】  充電回路にイネーブル機能を追加し、この機能によって定期的に充電回路を瞬時動作させ、動作期間内における出力端子間電圧がある規定電圧よりも高い場合には動作をリセットすることによって充電回路の待機電力を減らし、逆に、低い場合や充電電流が検出された場合は充電回路をソフトスタートさせる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力電圧端子間に抵抗による分圧回路を設け、該分圧回路によって分圧された出力電圧が別に設けられた基準電圧と一致するように出力電圧を制御する電圧制御手段と、充電開始手段とを備えた二次電池の充電回路において、該分圧回路の正極側に接続された抵抗に並列にキャパシタを接続し、充電開始と共に該キャパシタを充電することによって充電電圧を徐々に上げることを特徴とする二次電池の充電制御方法。
【請求項２】
二次電池の充電回路に電流制限モードとその解除機能を持たせ、二次電池の充電開始当初は充電回路を電流制限モードで動作させ、ある一定時間経過後あるいは被充電二次電池の電圧がある電圧に達した後は電流制限モードを解除することを特徴とする二次電池の充電方法。
【請求項３】
二次電池の充電回路にイネーブル機能と出力電圧検出機能をもたせ、イネーブル機能によって定期的に瞬時該充電回路を作動し、その時の該充電回路の出力電圧が規定電圧よりも低い場合は該充電回路を継続して動作させ、逆に規定電圧よりも高い場合は該充電回路の動作をリセットすることを特徴とする二次電池の充電制御方法。
【請求項４】
二次電池の充電回路にイネーブル機能と電流検出機能をもたせ、イネーブル機能によって定期的に瞬時該充電回路を作動し、その時の該充電回路の出力電流が規定電流よりも大きい場合は該充電回路を継続して動作させ、逆に規定電流以下の場合は該充電回路の動作をリセットすることを特徴とする二次電池の充電制御方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、充電可能な二次電池の充電方法に関し、特に充電初期に過大な充電電流が流れるのを防ぐためのソフトスタートと、待機時の消費電力を低減する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  携帯電話機に見られるように、リチウムイオン電池に代表される充電可能な二次電池を電源とする携帯電子機器が増えている。このような携帯電子機器の二次電池を充電するのにＡＣアダプターや太陽電池式充電器が用いられている。【０００３】  ＡＣアダプターや太陽電池式充電器（以下、総称として単に充電器という）を定電圧電源とすると、充電される二次電池が空に近い状態では充電当初極めて大きな充電電流が流れる。これを防ぐために、充電当初は定電流（ＣＣ：Ｃｏｎｓｔａｎｔ  Ｃｕｒｒｅｎｔ）で、充電が進行した後は定電圧（ＣＶ：Ｃｏｎｓｔａｎｔ  Ｖｏｌｔａｇｅ）で充電するＣＣ／ＣＶ方式が二次電池の急速充電に広く用いられている。【０００４】  図７は従来のＣＣ／ＣＶ方式充電器の一般的な構成を示すブロック図である。図に示されているように、従来の急速充電器は定電流充電のための電流制御手段と、定電圧充電のための電圧制御手段を備え、充電当初、二次電池の電圧が低い間は定電流充電を行い、二次電池の電圧がある規定電圧に達すると定電圧充電に切り替えている。【０００５】  電流制御手段と電圧制御手段を備えた充電器は二次電池の急速充電に極めて有効であるが、構成が複雑であり、コストも高くなる。【０００６】  充電器のもう一つの問題は待機電力にある。ＡＣアダプターはＡＣコンセントに差し込まれた状態で置かれている事が多く、又、利便性から電源スイッチは具備していないので充電すべき携帯電子機器が接続されていなくても常時電力を消費している。【０００７】  太陽電池パネルによって発電された電力を一旦内蔵した二次電池に蓄へ、内蔵二次電池から携帯電子機器の二次電池を充電する太陽電池式充電器も、コネクタを戻し込めばいつでも充電できるように常時電圧を出力している。【０００８】  エネルギーの有効利用のために、携帯電子機器が接続されていない状態での充電器の消費電力は極力小さいことが望ましい。この待機電力を減らす方法として、充電電流が流れた事を検出して充電回路を作動させる方法（特許文献１）と、充電器の負荷としての二次電池の電圧を検出して充電回路を作動させる方法（特許文献２）が提案されている。【０００９】
【特許文献１】  特開平１１−２１５７２８号公報
【特許文献２】  特開２００２−３１５３１９号公報
【００１０】  充電電流を検出する
【特許文献１】の方法は、携帯電子機器内の充電制御回路の待機電力を低減するには有効であるが、充電電流を流すためには充電器は常に電圧を出力していなければならないので充電器自体の待機電力の低減にはつながらない。
【００１１】  充電器に接続された二次電池の電圧を検出して充電器を作動する
【特許文献２】の方法は原理的に極めて明白であり、回路も簡単である。しかしながら、携帯電子機器には少なくとも逆流防止ダイオードを含む充電制御回路が内蔵されており、携帯電子機器を外部から充電するための端子には携帯電子機器内の二次電圧の電圧は現れない。このため、この方法は既存の携帯電子機器を外部から充電する充電器には適応できない。
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】  本発明は、これまで述べた現状の携帯電子機器の充電器が抱へている問題を解決しようとしてなされたものであり、二次電池が空に近い状態でも充電当初に過大な充電電流が流れないように充電器の出力電圧を制御でき、しかも待機電力を低減できる二次電池の充電制御技術を提供することを目的としている。
【問題を解決するための手段】
【００１３】  図１は、本出願の請求項１に係る発明を説明するための充電器構成を示すブロック図である。図１において、１は直流電源、２は充電回路、３は充電される二次電池である。以下の各図においても、対応を分かりやすくするために、同じ符号を用いる。
【００１４】  図１において、抵抗Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃは分圧回路を形成しており、抵抗Ｒａには並列にキャパシタＣａが接続されている。電圧制御手段２２は充電開始手段２１が作動するまでは動作せず、従ってキャパシタＣａは放電状態にある。充電開始手段２１が作動すると、電圧制御手段２２は分圧回路出力ＶＦＢが基準電圧源２４の電圧と一致するように出力電圧ＶＯを制御する。
【００１５】  今、充電開始時刻をｔ＝０とすると、充電開始後の出力電圧ＶＯは
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となる。ここで、ＶＲＥＦは基準電圧源２４の電圧である。式（１）から明らかなように、充電電圧ＶＯは（１＋Ｒｂ／Ｒｃ）ＶＲＥＦから始まり、ＣａＲａの時定数で徐々に高くなり、最終的に（１＋（Ｒａ＋Ｒｂ）／Ｒｃ）ＶＲＥＦの電圧となる。
【００１６】  従って、ＶＯの初期電圧が二次電池の空に近い電圧となるようにし、ＣａＲａの定数を５分ないし１０分程度とすればソフトスタートの充電が可能で、充電初期の充電電流を抑制することができる。
【００１７】  図２は、本出願の請求項２に係る発明を説明するための充電器のブロック構成を示している。電圧制御手段２２は電流制限手段２５による電流制限機能を有している。充電当初、あるいは電圧検出手段２６によって検出された二次電池３の電圧がしきい電圧以下の状態では電流制限手段２５を有効とし、電圧制御手段２２を電流制限モードで作動させる。充電開始から一定時間経過後、あるいは電圧検出手段２６によって検出された二次電池３の電圧がしきい電圧以上になると電流制限手段２５を無効とし、電圧制御手段２２は出力電流の如何に拘わらず電圧検出手段２６の出力電圧ＶＦＢと基準電圧源２４の電圧とが一致するように出力電圧ＶＯを制御する。
【００１８】  図３は、本出願の請求項３に係る発明を説明するための充電器のブロック構成を示している。この図において、電圧制御手段２２は常には動作を停止している。イネーブル手段２７はトリガー手段２８からのトリガー信号を受けると電圧制御手段２２を瞬時動作させる。瞬時動作時に、比較器３は電圧検出手段２６の出力電圧ＶＦＢを基準電圧源２４の電圧ＶＲＥＦと比較し、ＶＦＢ＜ＶＲＥＦであれば継続して電圧制御手段を動作させて二次電池への充電を行う。逆に、ＶＦＢ＞ＶＲＥＦであれば、比較器２３は電圧制御手段２２の動作を停止させて、電圧制御手段２２を再びスリープモードとする。
【００１９】  充電中、携帯電子機器の外部充電端子間電圧は内蔵されている二次電池の電圧に充電制御回路の電圧降下を加えた電圧ＶＢとなる。従って、図３の構成において充電器の無負荷時の出力電圧ＶＯがＶＯ＞ＶＢとなるように、電圧検出手段２６の分圧比と基準電圧源２４の電圧ＶＲＥＦを定めておけば、電圧制御手段２２を瞬時動作させた時の出力電圧を検出することによって、充電器が携帯電子機器に接続されているかどうかを充電回路が判断できる。
【００２０】  図３の構成において、待機中に稼働しているのはトリガー信号を発生するトリガー手段２８とイネーブル手段２７である。これらの手段はＣＭＯＳ論理素子で容易に構成できるので、待機時の消費電力を極めて小さくできる。
【００２１】  図４は、本出願の請求項４に係る発明を説明するための充電器のブロック構成を示している。イネーブル手段２７はトリガー手段２８からのトリガー信号を受けて瞬時電圧制御手段２２を作動させる。抵抗４は電流検出用であり、比較器２３は抵抗４の端子間電圧が基準電圧源２４の電圧よりも大きければ電圧制御手段２２を継続して動作させ、二次電池３への充電を行う。二次電池３が接続されていない場合は抵抗４の端子間電圧はゼロであり、比較器２３もその出力論理レベルがゼロとなって電圧制御手段２２の動作をリセットする。
【００２２】  図４の構成においても、待機中に稼働しているのはトリガー手段２８とイネーブル手段２７のみであり、これらの手段をＣＭＯＳ論理素子で構成すれば、待機時の消費電力を極めて小さくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【実施例１】
【００２３】図５は本出願の請求項１に係る発明の実施例を示す構成図であって、充電開始手段２１はトランジスタ２１１を直列スイッチとし、充電指令によってこのスイッチ２２１をオンにして、電圧制御手段２２に直流電源１の電圧を入力する。電圧制御手段２２は、インダクタ２２４、トランジスタ２２３、ダイオード２２５、及びキャパシタ２２６から成る昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータである。２１１はトランジスタ２２３をオン・オフさせるパルス発生器、ゲート２２２は電圧検出手段の出力電圧ＶＦＢが基準電圧源２４の電圧ＶＲＥＦよりも低い場合はゲートを開いてパルス源２１１からのパルスによってトランジスタ２２３を駆動して昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータを作動させる。逆に、ＶＦＢ＞ＶＲＥＦの場合はゲート２２２は閉じて昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータの動作を停止する。この間欠制御によって電圧制御手段２２はＶＦＢ＝ＶＲＥＦとしている。【００２４】  式（１）に示すように、ＶＯは充電開始直後の電圧（１＋Ｒｂ／Ｒｃ）ＶＲＥＦから最終電圧（１＋（Ｒａ＋Ｒｂ）／Ｒｃ）ＶＲＥＦまで時定数ＣａＲａで徐々に高くなるのでこの構成によって充電回路２はソフトスタートしている。
【実施例２】
【００２５】図６は、本出願の請求項２に記載の発明の実施例を示す構成図である。充電開始手段２１は第１の実施例と同じく、トランジスタ２１１を直列スイッチとし、このスイッチを充電指令によってオンとすることによって電圧制御手段２２に直流電源１の電圧を入力する。電圧制御手段２２も第１の実施例と同じく、昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータとしている。ただし、図５の第１の実施例ではスイッチ２２１の間欠動作によって出力電圧を制御しているのに対し、本実施例では三角波発生器２２１と比較器２２７によるパルス幅変調（ＰＷＭ）によって出力電圧を制御している。【００２６】  抵抗２５１と２５２は分圧回路である。トランジスタ２５３はスイッチとして働き、キャパシタ２５４の容量をＣｔ、抵抗２５５の値をＲｔとすると、充電指令が入力された瞬間から
Ｔ＝ＣｔＲｔｌｎ（ＶＤＤ／ＶＴＨ）・・・・・（２）
までの期間、スイッチ２５３はオンとなり、抵抗２５１と２５２による分圧を有効とする。ここで、式（２）において、ＶＤＤはインバータ２５６の電源電圧、ＶＴＨはトランジスタ２５３のしきい電圧である。【００２７】  従って、期間内Ｔでは比較器２２７の非反転入力端子への入力電圧の上限Ｖｍａｘは
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となる。ここで、ＶＤＤは差動増幅器２３の電源電圧である。これによってトランジスタ２２３を駆動するパルス幅が制限されるので、電圧制御手段２２の昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータの動作電流が制限されることになる。充電開始からＴ秒経過後はトランジスタ２５３はオフとなるので抵抗２５１と２５２による分圧は無効となり、電流制限は解除される。【００２８】  図６の第２の実施例では、電流制限モードとする時間をキャパシタ２５４の容量と抵抗２５５の抵抗値との積で与えられる時定数で定めているが、この時間をカウンターを用いたタイマー回路で定めることもできる。
【実施例３】
【００２９】図７は、本出願の請求項３に記載の実施例を示す構成図である。電圧制御手段２２は第１と第２の実施例と同じく昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータである。この電圧制御手段２２は、基本的に電圧検出手段２６からの電圧ＶＦＢが基準電圧源２４の電圧ＶＲＥＦよりも低い場合はトランジスタ２２１をパルス発生器２９からのパルスによって駆動し、逆に、ＶＦＢ＞ＶＲＥＦの場合はトランジスタ２２１をオフにして動作を停止する間欠動作によって出力電圧ＶＯを制御している。【００３０】  イネーブル手段２７のセット・リセット・フリップフロップ（ＳＲ−ＦＦ）２７４はトリガー手段２８からのトリガー信号を受けてその出力Ｑを論理レベル“１”にする。これによってゲート２７５は開き、電圧制御手段２２を作動させる。比較器２７１は電圧検出手段２６によって検出された電圧ＶＦＢを電圧源２７２の電圧ＶＳＥＴと比較しＶＦＢ＜ＶＳＥＴの場合はゲート２７３を閉じる。これによってＳＲ−ＦＦ２７４はセット状態を続けるので電圧制御手段２２は動作を継続する。一方、ＶＦＢ＞ＶＳＥＴの場合はトリガー信号が論理レベル“０”になった瞬間にＳＲ−ＦＦ２７４をリセットする。これによって電圧制御手段２２は動作を停止する。【００３１】  図７の実施例では、トリガー信号の周期を２秒、デューティ比を１０％としている。従って、イネーブル手段２７を備えたことにより、待機時の消費電力はイネーブル手段２７を設けない場合の約１０分の１となっている。
【実施例４】
【００３２】図８は、本出願の請求項４に記載の発明の実施例を示す構成図である。基本的動作は図７に示す実施例と同じである。図７ではトリガー信号によって起動した時の電圧制御手段２２の出力電圧によって充電回路２に二次電池３が接続されているかどうかを検出しているが、本実施例では出力電流が流れるかどうかによって二次電池３が接続されているかどうかを検出している。抵抗４はその電流検出用であり、起動中に電流が流れていればゲート２７３は閉じてＳＲ−ＦＦ２７４のセット状態を継続し、電流が流れない場合にはＳＲ−ＦＦ２７３をリセットして電圧制御手段２２の動作を停止する。待機時の消費電力についても図７の第３の実施例と同じ事が言える。【００３３】  なお、図７に示す第３の実施例、及び図８に示す第４の実施例において、トリガー手段２８はＣＭＯＳ論理ゲートによって構成された弛張発振器である。【００３４】  また、充電開始手段２１はイネーブル手段２２に置き換えられることは明らかである。
【発明の効果】
【００３５】  以上述べたように、本発明によれば、充電開始当初に過大な充電電流が流れるのを防止するソフトスタート機能を有し、しかも待機時の消費電力が小さな二次電池の充電器が実現できる。よって、本発明は二次電池を電源とする携帯電子機器の充電器にとって極めて有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】ソフトスタート機能を備えた充電回路のブロック図
【図２】電流制限手段によってソフトスタートさせる充電回路のブロック図
【図３】イネーブル手段と負荷の電圧検出によって充電を開始する充電回路のブロック図
【図４】イネーブル手段と出力電流を検出することによって充電を開始する充電回路のブロック図
【図５】充電指令を受けてソフトスタートする充電回路の実施例
【図６】充電開始当初は電流制限モードで動作する充電回路の実施例
【図７】瞬時起動時の負荷電圧を検出して作動する充電回路の実施例
【図８】瞬時起動時の負荷電流を検出して作動する充電回路の実施例
【図９】従来の二次電池の充電回路の構成
【符号の説明】
１  直流電源
２  充電回路
３  二次電池
４  電流検出抵抗
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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